核電站管道超聲導波檢測能力研究

賀志清　沈璐

摘? 要：核電站管道具有管道位置復雜、運行周期長以及易出現(xiàn)管道腐蝕減薄現(xiàn)象等特點，而管道腐蝕減薄是威脅安全的重要因素。常規(guī)無損檢測方法檢查管道，逐點掃查式的工作過程導致效率低下，且對于一些高空或者貫穿件等人力不可達管道無法進行有效的檢測。該文選用超聲導波技術，在試塊中加工人工缺陷進行導波檢測能力實驗;對同規(guī)格現(xiàn)場高空管道進行檢測，并對現(xiàn)場復雜情況進行總結;選取內部腐蝕嚴重管段進行導波檢測及數(shù)據(jù)分析。

關鍵詞：超聲導波? 腐蝕減薄? 檢測

中圖分類號：TM62 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）09（c）-0034-03

Abstract： Pipeline in power station has the characteristics of complex pipeline location and pipeline corrosion thinning after long operation period. pipeline corrosion thinning is an important factor threatening safety. The routine nondestructive testing method for inspection of pipelines leads to inefficiency in point-by-point scanning process， and some inaccessible pipelines such as high altitude or Penetrating member cannot be effectively inspected. In this paper， ultrasonic guided wave technology is used to process artificial defects in test blocks and conduct guided wave detection experiments. Inspect the on-site high-altitude pipelines with the same specification， and summarize the on-site complex situation; Selecting pipe sections with serious internal corrosion for guided wave detection and data analysis.

Key Words： Ultrasonic Guided Wave; Corrosion thinning; Detection

核電站管道貫穿全廠，具有管道位置復雜、運行周期長以后較易出現(xiàn)管道腐蝕減薄的現(xiàn)象等特點，而管道腐蝕是威脅安全的重要因素，可發(fā)生在管道內、外壁，造成管壁缺損。應用常規(guī)無損檢測方法（超聲檢測、射線檢測、表面檢測等）檢查管道，盡管有著眾多的優(yōu)勢，如國技術成熟，只需對人員稍加培訓，就可以利用現(xiàn)有的專門設備進行檢測，但常規(guī)無損檢測方法存在一個明顯的不足：逐點掃查式的工作過程導致工作量巨大，效率低下，且對于一些高空或者貫穿件等人力不可達管道無法進行有效的檢測，因此需引入一種更為有效的檢測方法。

近年來發(fā)展出一種能夠進行快速、長距離、大范圍、相對低成本的無損檢測方法，即超聲導波（Ultrasonic Guided Wave）技術。在固體中傳播的超聲導波，由于本身的特性，沿傳播路徑衰減很小，可以克服逐點掃描法及人力不可達管道檢查的不足;并且超聲波可以在充液、帶涂層的管道中傳播，使得檢測工業(yè)管道的效率大大增加。

筆者通過對電站現(xiàn)場勘查，選取合適的導波檢測組件，在指定試塊中加工人工缺陷，選取內部腐蝕結焦管道進行試驗，對現(xiàn)場運行管道進行檢測等，總結導波對電站管道的檢測能力以及局限性。

1? 檢測背景

電站管道貫穿全廠，隨著運行時間的增加，很多管道具有腐蝕減薄的風險。及時地對這些管道進行監(jiān)測對于保障電站安全運行有著非常重要的作用。但部分人力不可達的貫穿件及高危高空管道由于其相對特殊的位置長期得不到監(jiān)測，從而增加了電站的運行風險。某電站一規(guī)格為4英寸管道需對其進行檢測，管段位于高空，且處于高空中的管段長度較長。

2? 方法選擇

通過勘查現(xiàn)場，介于管道大部處于高空，且內部存在介質水的流動狀態(tài)，綜合考慮決定采用MsS超聲導波扭力波模式對其進行檢測。

為了在管道中產生扭力波，使用一個鐵鈷合金磁性條帶，將鐵磁性條帶用環(huán)氧樹脂膠粘在管道圓周上約5～20min。將MsS線圈放置在鐵磁性條帶上。當有交流電通過MsS線圈時，在Wiedemann效應（一種典型的磁致伸縮效應）的作用下，鐵磁性條帶中交流磁場就會產生剪切粒子位移。鐵磁性條帶中的剪切粒子位移通過粘合劑的粘貼層機械地耦合到管道中，然后以T扭力波形式沿著管道的長度傳播。通過相反（逆向）的過程，可以完成T扭力波信號的檢測（見圖1）。為了達到不同的檢測效果，檢測頻率是選擇：32kHz、64kHz和128kHz。

3? 試件管道及狀況

3.1 試件樣式

圖2所示的管道是一根φ3inch×1m+大小頭+φ4inch×12m管道，在管道上又制作了6個人工缺陷分別對于1%、2%、3%、4%、5%、9%的截面損失率，距大小頭1.5m、3m、7m、9m、11m。在4inch管道靠近大小頭0.8m左右位置布置MsS探頭。缺陷位置見表1，距離與切槽當量百分比見圖3。

3.2 試件數(shù)據(jù)采集

通過導波檢測儀采集軟件采集信號并保存，通過一些參考信號計算導波的速率和衰減，校準信號幅度，設置閥值。通過標記出來得出如圖4所示。

3.3 實驗小結

（1）證明了MsS超聲導波系統(tǒng)對缺陷檢測的靈敏度極高，能檢測出截面損失率≥3%的缺陷。

（2）系統(tǒng)的軸向位置精度可達±20mm。

4? 選取一段內部腐蝕結焦嚴重管道進行采集分析

4.1 試件樣式

圖5為選取的一段內部腐蝕結焦嚴重的管道，選取合適位置布置鐵鈷合金帶進行數(shù)據(jù)采集。

4.2 數(shù)據(jù)采集

通過導波檢測儀采集軟件采集信號并保存，數(shù)據(jù)顯示導波無法正常傳播，信號衰減嚴重，如圖6所示。對該管道采用超聲脈沖法單直探頭測厚（探頭選用GE公司生產的K5K直探頭），發(fā)現(xiàn)單晶直探頭衰減嚴重，無明顯波形顯示，如圖7所示。雙晶探頭直讀式測厚儀單點讀數(shù)較為穩(wěn)定且無數(shù)值特別小的數(shù)據(jù)，但各個測點間部分數(shù)據(jù)值存在較大差異。

4.3 實驗小結

對于個別的內壁結焦嚴重的管道，導波衰減嚴重。結合其他方法綜合判斷，可以作為評判管道內部情況的一種參考手段。

5? 運行在用管道檢測情況

5.1 檢測管道

圖7為現(xiàn)場運行在用管道，大部管段位于高空，選取地面合適位置布置鐵鈷合金帶進行數(shù)據(jù)采集（采集正方向為近墻體貫穿件，負方向為房間內高空管段）。

5.2 數(shù)據(jù)采集

通過導波檢測儀采集軟件采集信號并保存，探頭正方向側為穿墻管道，負方向側為房間內管道。正方向墻體內部管道部分被水泥緊密貼合，導波無法完全傳播，墻后無信號;負方向房間內部管道信號良好，支撐對于導波信號有一定衰減效果，導波可傳至第三彎頭焊縫處（傳播距離約為20m，之后信號燥聲增大，無法分析），未發(fā)現(xiàn)明顯管道截面損失情況，如圖8所示。對導波可達部位進行超聲脈沖法單直探頭測厚法和雙晶探頭直讀式測厚儀測厚法進行檢查，直探頭波形明顯（見圖9），直讀式設備顯示未發(fā)現(xiàn)異常減薄。

5.3 實驗小結

（1）導波單次檢測范圍大，對于長輸管線、較高、風險較大或人力較難觸及的管道優(yōu)勢明顯，可以完整地進行自動化數(shù)據(jù)收集，數(shù)據(jù)能被完全記錄且較為可靠。

（2）檢測范圍容易受管道支撐或者墻體影響。

（3）對于管徑為4英寸的管道，導波傳播過程中遇到彎頭，能傳播至第3個彎頭。

6? 結語

通過此次試驗，表明MsS超聲導波檢測方法能達到較高的靈敏度，但對于太小的缺陷還是存在檢測盲區(qū);檢測的軸向位置誤差也在可接受范圍內;管道外來物（支撐件、水泥等）及管段形狀改變都會對導波傳播存在一定影響;通過自動化數(shù)據(jù)收集，數(shù)據(jù)能被完全記錄;結合其他無損檢測方法，可以對管道進行較為有效的檢查。后續(xù)還可進行更加深入的實驗。

（1）參照GB/T 28074-2012，制作3%、6%、9%截面損失率的橫向環(huán)槽，用于對檢測設備進行靈敏度和各種功能的測試。

（2）制作多規(guī)格的管道試樣進行導波實驗，在試樣中同時應該加入前期未考慮到的現(xiàn)場管道支撐件、焊接件、現(xiàn)場變徑管、不同類型的人工缺陷（平底孔、通孔、與管道軸向成一定角度的切槽等），用于研究對于道組件的超聲信號特征以及不同形式缺陷的信號特征和導波聚焦性能。也可對各規(guī)格管道距端部固定位置制作9%截面損失率的橫向環(huán)型切槽，用于制作DAC曲線及檢測中缺陷當量評定的研究。

參考文獻

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